ダイヤモンド状炭素（DLC）担持金属粒子からの金属基DLC複合材料膜のコールドスプレー法による作製

摘要

ダイヤモンド状炭素（Diamond-Like Carbon: DLC）膜は，主に炭素と水素からなる数nm～数μmの厚さのアモルファス炭素膜の総称である．このため，偏にDLC膜といっても，グラファイトに代表されるsp~2結合性炭素とダイヤモンドに代表されるsp~3結合性炭素の結合比率や，水素量によって構造や特性が大きく異なる膜が存在する．膜の構造を理解する上で，Robertsonによって提唱された図1の三元系状態図が示す通り，DLC膜は水素を含まないsp~3炭素を多く含む．テトラへドラルアモルファス炭素（ta-C）膜やsp~2炭素を主とするアモルファス炭素（a-C）膜，更に水素を含みsp~3炭素を多く含む，テトラへドラル水素化アモルファス炭素（ta-C:H）膜，同様に水素を含むsp~2炭素を水素化アモルファス炭素（a-C:H）膜などがある．多くのDLC膜はその構造を反映してダイヤモンドとグラフェンの中間的な性質を示し，一般に数十GPaの高硬さ，0.1程度の低摩擦係数，高耐摩耗性等の優れた機械的特性を有する脆性材料膜である．この硬ぐ低い摩擦係数故にDLC膜は自動車部品や切削工具先端等にコーティングされ，利用されている．特に摺動部への適用範囲は広くDLC膜はドライ環境下やエンジンオイル中の潤滑環境下，水中等において優れた摺動特性を示す事から工具や金型，自動車のエンジン，Oリング等の表面に，摩擦によるエネルギー消費を抑制する事を目的に適用されている．一方，DLC膜の低摩擦係数発現の原理は明確ではないが，摺動によってDLC膜の最表層数nmの極表面でせん断抵抗の低いグラファイト構造相を生成し，これが相手側に一部移着しているという報告もある．